INDICE 1.RESUMEN 2.OBJETIVOS 2 .1 .
GENERAL
2 .2 .
ESPECIFICOS
3.INTRODUCCION 4.ASPECTOS GENERALES 4. 4.1. 1.
LA EST ESTABIL BILIZA IZACION CION DE SUE SUELO LOS S
4. 4.2. 2. TIPO TIPOS S DE EST ESTABILI BILIZA ZACI CION ONES ES EN EN SUEL SUELOS OS 4.2.1. 4.2 .1. ESTA ESTABILIZAC BILIZACION ION QUIMICA QUIMICA 4.2.2. 4.2 .2. ESTA ESTABILIZAC BILIZACION ION MECÁNI MECÁNICA CA 4.2.3. 4.2 .3. ESTA ESTABILIZA BILIZACIO CION N VOLUMÉ VOLUMÉTRI TRICA CA 4. 4.3. 3. METO METODO DOS S DE DE EST ESTABILI BILIZA ZACI CION ON DE DE SUEL SUELOS OS 4.3.1. ESTAB ESTABILIZAC ILIZACIÓN IÓN CON CON CLORURO CLORURO DE CALCIO CALCIO (CACL2 (CACL2 4. 4.3. 3.1. 1.11.
DESCR ESCRIP IPCI CIÓN ÓN DE LA CAL CAL
4. 4.3. 3.1. 1.2. 2.
PROP PROPIE IEDA DADE DES S DEL DEL CLO CLORU RURO RO DE DE CALC CALCIO IO
4.3.1. 4.3 .1.3. 3.
VENT VENTA AJA JAS S ! DESVE DESVENT NTA AJA JAS S DE LOS TIPOS TIPOS DE TRAT TRATAMIEN MIENTO TOS S CON CAL
4.3.1. 4.3 .1.4. 4.
MEJOR MEJORAS AS EN EL SUEL SUELO O EST ESTA ABILIZA BILIZADO DO CON CON CAL CAL
4.3.1. 4.3 .1.". ".
CONS CONSID IDERA ERACI CIONE ONES S PA PARA EL USO USO DE LA CAL CAL
4.3.1.". 4.3. 1.".1. 1. MA MANTE NTENIM NIMIEN IENTO TO DE DE TRÁFIC TRÁFICO O 4.3.1.". 4.3. 1.".2. 2. LIMIT LIMITA ACIONES CIONES CLIMÁ CLIMÁTICA TICAS S 4.3.1. 4.3 .1.#. #.
PRECA PRECAUC UCIO IONE NES S DE SEGUR SEGURIDA IDAD D AL AL UTI UTILI LIZA ZAR R CAL CAL
4.3.2. ESTAB ESTABILIZAC ILIZACIÓN IÓN CON CON CLORURO CLORURO DE SODIO NACL (SAL 4. 4.3. 3.2. 2.1. 1.
DESC DESCRI RIPC PCIÓ IÓN N DEL DEL CLO CLORU RURO RO DE DE SODI SODIO O
4. 4.3. 3.2. 2.2. 2.
COMP COMPOR ORT TAMIEN MIENTO TO DE LOS LOS SUEL SUELOS OS EST ESTABILI BILIZA ZADO DOS S CON CON CLORURO DE SODIO
4.3.2. 4.3 .2.3. 3.
VENT VENTA AJA JAS S ! DESVE DESVENT NTA AJA JAS S DE LOS TIPOS TIPOS DE TRAT TRATAMIEN MIENTO TOS S CON SAL
4.3.2. 4.3 .2.4. 4.
FORM FORMAS AS DE DE APL APLICA ICAR R EL CLO CLORUR RURO O DE SOD SODIO IO A LOS LOS SUEL SUELOS OS
4.3.2.4.1.EN 4.3.2.4.1. EN GRANO 4.3.2 4.3 .2.4. .4.2. 2. EN SALM SALMUN UNERA ERA
4.4. DOSIFICACIONES 4.4.1. 4.4 .1. DOSIFIC DOSIFICACI ACION ON CON CON CLORUR CLORURO O DE CALCIO CALCIO 4. 4.4. 4.1. 1.11. PORC PORCE ENTA NTAJE M$N M$NIM IMO O DE CA CAL 4. 4.4. 4.1. 1.2. 2. PORC PORCEN ENT TAJE ÓPTI ÓPTIMO MO DE CAL CAL 4.4.2. 4.4 .2. DOSIFI DOSIFICAC CACION ION CON CON CLORUR CLORURO O DE SODI SODIO O 4.4.2. 4.4 .2.1. 1. ENSA ENSA! !OS A MU MUES ESTR TRAS AS DE DE SUEL SUELO O EST ESTABILIZA BILIZADO DO ". NORM NORMA ATIVA IVA EN EL EL PERU PERU ".1. NORMA CE%2% #. CONC CONCLU LUSI SION ONE ES &. BLIB BLIBLI LIOG OGRA RAF FIA
1. RESUMEN El tratamiento adecuado de suelos para intensificar sus propiedades físicas y mecánicas es de suma importancia. Ya que, en algunas regiones del país existen suelos que no son aptos para construir sobre ellos, es por eso que es necesario recurrir a la estabilización de suelos con algunos métodos que representan un costo adicional. En algunos casos, las construcciones de las bases y sub-bases para carreteras están expuestas a un clima cálido extremo, lo cual conllea que la !umedad necesaria para obtener una densificación adecuada se eapore. El cloruro de sodio "#a$l% es un elemento que ayuda a aumentar el tiempo en el cual los suelos pierden !umedad. &or ser !igroscópico absorbe la !umedad del ambiente y crea una capa blanquecina en la parte superior que funciona como una barrera para eitar que la !umedad contenida se eapore rápidamente. 'l agregar cloruro de sodio al suelo, se incrementa la densidad seca máxima y se reduce la !umedad óptima, se obtienen resultados faorables para los porcenta(es de $)*, los cuales aumentan con porcenta(es de #a$l no mayores al + en condiciones críticas. El cloruro cálcico es una sal delicuescente es decir, puede disolerse completamente absorbiendo !umedad de la atmósfera cuando la !umedad relatia del aire está por encima de ciertos alores. a propiedad del cloruro cálcico de retener el agua de la solución es beneficiosa durante el proceso de compactación. El cloruro cálcico es uno de los agentes estabilizadores de suelos más económicos, siendo usado, por los beneficios que reporta, tanto en la construcción de capas de subbase y base para autopistas y carreteras, como en capas de rodadura de caminos ordinarios de tierra. El cloruro de sodio, com/nmente llamado sal de mesa, es un estabilizante adecuado y de ba(o costo, pero se debe tener cuidado en la aplicación, porque está conformado con propiedades corrosias que afectan la maquinaria utilizada.
2. OBJETIVOS
2.1. GENERAL 0esarrollar un método confiable y económico para eitar la pérdida rápida de !umedad en los suelos utilizados en bases y sub-bases, que permita una estabilización adecuada, con el fin de obtener suelos que no aríen sus propiedades físicas y mecánicas al perder !umedad. •
2.2. ESPEC$FICOS 1ormular una dosificación de suelo-cloruro de sodio, suelo-cloruro de calcio para estabilizar suelos. •
•
•
'nalizar el comportamiento físico y mecánico de suelos empleados en estabilizaciones con cloruro de sodio y cloruro de calcio. 0efinir la forma adecuada y factible de agregar cloruro de sodio y cloruro de calcio a la muestra de suelo, para una estabilización óptima.
3. INTRODUCCION
El funcionamiento satisfactorio, a largo plazo, de proyectos de construcción de carreteras depende de la calidad de los suelos donde se fundan las mismas. a inestabilidad de los suelos es uno de los principales problemas que presentan las carreteras no paimentadas para corregir este problema se usan ariadas técnicas de estabilización de suelos una de las formas de estabilización de suelos, es aquella que se realiza utilizando productos químicos no tóxicos que dotan a estos suelos "carreteras% un me(or comportamiento en sericio para tal efecto existe en el mercado un ariado grupo de empresas dedicadas a la producción de productos químicos estabilizadores, los cuales a su ez buscan promocionar las bondades de sus respectios productos y el menor costo en el que se incurriría si se optara por usar dic!os productos. El tratamiento con cloruro de sodio es un método para estabilizar los suelos, aumenta el tiempo de eaporación, !ace que no pierdan la !umedad rápidamente, y ayuda a transformar las características mecánicas de los suelos inestables en materiales utilizables. 'demás de controlar la disminución de resistencia al corte y los cambios olumétricos bruscos en los suelos. $uando las empresas productoras y comercializadoras de productos químicos estabilizadores comparan las enta(as de usar un aditio químico, cloruro de sodio "sal% frente al cloruro de calcio, suelen destacar las enta(as de la sal pero por lo general referenciándola con menos incidencia frente al cloruro de calcio. )asado en este !ec!o realizamos nuestro informe sobre 2Estabilizacion con cloruro de calcio frente al cloruro de sodio3, la cual tiene por ob(etio determinar que el cloruro de sodio es la opción que ofrece mayores enta(as técnicas, económicas y ambientales frente al cloruro de calcio y consecuentemente frente a los demás aditios "sales% con los cuales suele compararse. 0ebido al ba(o costo del "#a$l%, en comparación con otros materiales utilizados para la estabilización de suelos, se determina estabilizar con cloruro de sodio para disminuir el costo de la construcción de bases y subbases y emplear para este estudio información bibliográfica eraz. a presente inestigación es importante porque permite conocer las enta(as técnicas, económicas y ambientales de los productos químicos estabilizadores, estableciendo líneas de acción a seguir al momento de optar por una u otra alternatia de estabilización de una carretera no paimentada ubicada en territorio peruano.
4. ASPECTOS GENERALES 4.1. LA ESTABILIZACION DE SUELOS
a estabilización de suelos es una técnica de me(orar las propiedades físicas y mecánicas de los suelos que no re/nen las condiciones necesarias para su utilización. $rea poco impacto ambiental, ya que a!orra transportar a un ertedero enormes ol/menes de material de excaación, y por otro, traer enormes ol/menes de material de préstamo. a estabilización de suelos es un concepto más amplio y general que el de compactación de suelos pues esta, además incluye cualquier procedimiento /til para me(orar las propiedades ingenieriles del suelo, como estructura. $on la estabilización se pretende aumentar la resistencia mecánica de los suelos, se entrelazan las partículas de una forma más efectia y se aseguran que las condiciones de !umedad en las que traba(a el suelo dentro de unos rangos reducidos, para conseguir una adecuada estabilidad a las cargas y una escasa ariación olumétrica. 'demás, se produce un aumento de la durabilidad de dic!a capa. *ico y 0el $astillo, sit/an a la compactación dentro del con(unto de métodos de me(oramiento de suelos que !oy pueden aplicarse. a estabilización de los suelos en la ingeniería práctica 4particularmente en las ías terrestres4, !a sido una técnica ampliamente utilizada para me(orar el comportamiento del esfuerzo de deformación de los suelos. En los terrenos arcillosos, particularmente en climas áridos o semiáridos, es altamente probable encontrar problemas relacionados con las inestabilidades olumétricas ante la ganancia o pérdida de agua. 5asta a!ora los principales aditios empleados !an sido el cemento y la cal, sin embargo, la estabilización con estos aditios aumenta los costos en la construcción y no controlan de manera satisfactoria la pérdida de !umedad en los suelos utilizados en bases y subbases. 4.2. TIPOS DE ESTABILIZACIONES EN SUELOS 4.2.1. ESTABILIZACION QUIMICA a estabilización química se refiere al cambio de las propiedades de suelos logrado mediante la adición de cementantes orgánicos, inorgánicos o sustancias químicas especiales. Es una tecnología que se basa en la aplicación de un producto químico, genéricamente denominado estabilizador químico, el cual se debe mezclar íntima y !omogéneamente con el suelo a tratar y curar de acuerdo a especificaciones técnicas propias del producto. a aplicación de un estabilizador químico tiene como ob(etio principal transferir al suelo tratado, en un espesor definido, ciertas propiedades tendientes a me(orar sus propiedades de comportamiento ya sea en la etapa de construcción y6o de sericio.
4.2.2. ESTABILIZACION MECÁNICA a estabilización mecánica es una técnica de me(ora basada en la mezcla de diersos materiales con propiedades complementarias, de forma que se obtenga un nueo material de mayor calidad y que cumpla las exigencias deseadas. as propiedades que generalmente se pretenden me(orar con este tipo de estabilizaciones son la plasticidad y6o la granulometría la plasticidad afecta a la
susceptibilidad del material al agua y su capacidad drenante la granulometría incide en la resistencia, traba(abilidad y compacidad final de la capa de suelo. 4.2.3. ESTABILIZACION VOLUMETRICA $uando se pretende me(orar un suelo a efecto de eitar la expansión olumétrica, es porque algunos suelen ariar su olumen considerablemente ante los cambios de !umedad, esto ocurre con mayor frecuencia en los suelos arcillosos. El modificar las propiedades de este suelo implica transformar la masa granulada, entrelazar suficientemente sus partículas, para lograr que resista la presión interna de expansión. Estudios anteriores !an demostrado que los tratamientos químicos son los más recomendados para las arcillas superficiales, en tanto que los procedimientos térmicos "calentamientos que modifiquen la estructura molecular de las arcillas% son adecuados para las arcillas profundas expansias. 4.3.
METODOS DE ESTABILIZACION DE SUELOS
Existen en la práctica diersos métodos para estabilizar los suelos cada método, utiliza diferentes agentes estabilizadores, entre los que se pueden encontrar7 a cal, el cloruro de sodio, el cemento, los asfaltos, las imprimaciones reforzadas, entre otros incluso se !a utilizado la combinación de diferentes productos estabilizadores, así como la mezcla de suelos con el fin de dar soluciones óptimas a problemas particulares.
4.3.1. ESTABILIZACIÓN CON CLORURO DE CALCIO (CACL2 4.3.1.1.
DESCRIPCIÓN DE LA CAL
El calcio es la base del $loruro $álcico que normalmente se elabora mezclando caliza y ácido clor!ídrico. El resultado de este sencillo proceso es un compuesto que por su ersatilidad es esencialmente /til para fenómenos tan distintos como son la estabilización de carreteras. El cloruro de calcio se obtiene como un subproducto en forma de salmuera en algunos procesos industriales, aunque también se puede obtener de algunos arroyos y pozos naturales siendo la fuente más com/n el obtenido en la elaboración de carbonato de sodio mediante procedimientos químicos. 8eg/n 9anuel 9ateos de :icente 2el cloruro cálcico es uno de los agentes estabilizadores de suelos más económicos, siendo usado, por los beneficios que reporta, tanto en la construcción de capas de sub-base y base para autopistas y carreteras, como en capas de rodadura de caminos ordinarios de tierra. El cloruro, debe adertirse, no conierte un suelo en un material con las características del suelo cemento, sino que origina cambios en el suelo que son a eces intangibles, pero que me(oran la estabilidad de los paimentos y reducen el coste de la conseración3.
4.3.1.2.
PROPIEDADES DEL CLORURO DE CALCIO
El cloruro cálcico es una sal delicuescente es decir, puede disolerse completamente absorbiendo !umedad de la atmósfera cuando la !umedad relatia del aire está por encima de ciertos alores. a propiedad del cloruro cálcico de retener el agua de la solución es beneficiosa durante el proceso de compactación. 'l eaporarse el agua con más dificultad, se requieren menos pasadas con la cisterna para mantener la !umedad
cercana a la óptima para el esfuerzo de compactación usado. Esto es beneficioso en regiones áridas, donde escasea el agua. 8e !a demostrado que con la adición de cloruro de calcio disminuyen las fuerzas de repulsión entre las arcillas pero en algunos libros se asegura que la película de agua que rodea a las partículas se e eléctricamente reforzada con la adición del cloruro de calcio, a tal grado que se incrementa notablemente la co!esión aparente. 'sí también, se tiene que el cloruro de calcio ayuda a mantener constante la !umedad en un suelo, pero desafortunadamente esta sal es fácilmente laable. 8e reduce la eaporación y es capaz de absorber !asta ;< eces su propio peso cuando las condiciones de !umedad son altas en el medio ambiente, dic!a !umedad puede mantenerse en sus dos terceras partes durante el día de calor seco, lo cual !ace de esta sal un producto muy eficaz cuando se trata de eitar la formación de polo en terracerías. 8in embargo, existen limitaciones para el empleo del cloruro de calcio, entre las más importantes están7 • •
=ue en el medio ambiente se tenga una !umedad relatia superior a > =ue se tengan minerales que pasen por la malla +<< y que estos reaccionen faorablemente con la sal.
4.3.1.3.
VENTAJAS ! DESVENTAJAS DE LOS TIPOS DE TRATAMIENTOS CON CAL
En función de los objetivos a conseguir: el secado, la modicación y la estabilización propiamente dicha. Cada tipo de tratamientos ofrece determinadas ventajas y desventajas. VENTAJAS •
•
•
•
Posibilidad de reutilización de los suelos disponibles en la carretera, disminuyendo la necesidad de préstamos y vertederos. Este aspecto, además de disminuir las afecciones medioambientales, disminuye los costes del movimiento de tierras, incidiendo especialmente en el transporte de materiales y en el tiempo de ejecución. La reducción del plazo de ejecución viene determinada también por la rapidez de las reacciones suelo-cal y el efecto secante producido. Además, el empleo de cal viva ayuda a secar rápidamente los suelos !medos, facilitando su compactación. El empleo de cloruro de calcio incrementa la capacidad portante de los suelos aumentando su "ndice #.$.% en el tiempo. &ambién aumenta las resistencias a tracción y a fle'ión. Por lo tanto, la mejora producida en las capas y e'planadas estabilizadas permite reducir espesores y las posibilidades de fallo durante su vida !til. (o presenta un fra)uado rápido, lo cual permite una )ran fle'ibilidad en la or)anización de las distintas fases de ejecución* mezcla, e'tendido, compactación, etc.
Por el contrario, si la umedad de los suelos se encuentra por debajo de la óptima, puede ser aconsejable aplicar la cal en forma de lecada, aportando la cal y el a)ua necesarias en una sola operación. La cal en forma de lecada es la suspensión de cal apa)ada en a)ua. +u
empleo en tratamiento de suelos permite por un lado, evitar el polvo producido durante el e'tendido de la cal y por otro, controlar mejor la umedad de los suelos secos. Al)unas ventajas y desventajas de aplicar la lecada de cal como a)ente estabilizador son los si)uientes* Ventajas:
Desventajas:
Aplicación libre de polvo. Es más fácil lo)rar la distribución. +e aproveca la aplicación por rociado. 1enos a)ua adicional para la mezcla final.
elocidad lenta de aplicación. #ostos más altos e/uipo e'tra re/uerido0. Puede no ser práctico en suelos muy mojados. (o es práctico para secar.
Imagen 1. Aplicación de la echada de Cal a la Carretera
Fuente: !anual de estabilización de suelo tratado con cal.
4.3.1.4.
MEJORAS EN EL SUELO ESTABILIZADO CON CAL
La estabilización de carreteras con cal, cambia considerablemente las caracter"sticas de la misma, produciendo resistencia y estabilidad a lar)o plazo, en forma permanente, en particular en lo /ue concierne a la acción del a)ua. La cal, sola o en combinación con otros materiales, puede ser utilizada para tratar una )ama de tipos de suelos. Las propiedades mineraló)icas de los suelos determinarán su )rado de reactividad con la cal y la resistencia final /ue las capas estabilizadas desarrollarán. En )eneral, los suelos arcillosos de )rano fino con un m"nimo del 23 por ciento /ue pasa el tamiz 244 -536m- y un 7ndice de Plasticidad mayor /ue 840 se consideran buenos candidatos para la estabilización. Los suelos /ue contienen cantidades si)nificativas de material or)ánico mayor /ue 8 por ciento0 o sulfatos mayor /ue el 4.9 por ciento0 pueden re/uerir cal adicional y:o procedimientos de construcción especiales. #omo la cal puede ser utilizada para tratar suelos de distintos tipos, el primer paso en la evaluación de las opciones de tratamiento del suelo es identificar claramente el objetivo. a "ational ime Association resume las propiedades #ue se obtienen despu$s de una estabilización o mejoramiento con cal, en las siguientes:
;.
%educción del "ndice de plasticidad, debido a una reducción del l"mite l"/uido y a un incremento del l"mite plástico. ;;. %educción considerable del li)ante natural del suelo por a)lomeración de part"culas. ;;;.
de incremento. ;;. ;ncremento de la capacidad portante del suelo #$%0 en el tiempo. ;;;. ;ncremento de la resistencia a la tracción del suelo. ;?. @ormación de barreras impermeables /ue impiden la penetración de a)uas de lluvia o el ascenso capilar de a)uas subterráneas. Imagen 2.
#amino reabilitado con tratamiento de #al
Fuente: %uimpac, &''(.
4.3.1.".
CONSIDERACIONES PARA EL USO DE LA CAL
La técnica de estabilización con cal utilizada en un proyecto deber"a estar basada en m!ltiples consideraciones, tales como la e'periencia del contratista, la disponibilidad de e/uipo, la ubicación del proyecto rural o urbano0 y la disponibilidad de una fuente cercana y adecuada de a)ua. Los factores si)uientes deberán ser considerados tanto por in)enieros como por contratistas en el diseo y la construcción de caminos estabilizados con cal. 4.3.1.".1. MANTENIMIENTO DE TRÁFICO'
La solución ideal al problema de mantener el tráfico durante la construcción de estabilización con cal es desviar el tráfico del área de trabajo asta /ue una parte de la superficie de rodadura aya sido aplicada. +i el tráfico debe ser acomodado durante el curado y antes del uso de la
superficie de rodadura, e'iste una menor probabilidad de dao a la capa estabilizada si el n!mero y el peso de ve"culos pueden ser reducidos al m"nimo. Aun/ue los camiones /ue llevan car)as de 23 toneladas puedan ser soportados adecuadamente por una base de arcilla-cal bien compactada con un d"a de curado, las car)as muy pesadas pueden causar undimientos localizados en bases recién compactadas. &al undimiento por lo )eneral revela una compactación inadecuada. Estos auellamientos o puntos débiles deben ser re trabajados y re compactados. 4.3.1.".2. LIMITACIONES CLIMÁTICAS' a estabilización con cal re#uiere tiempo y un clima c)lido para #ue se endurezca adecuadamente. a regla general es #ue la temperatura del aire debe ser de *' grados +ahrenheit -' grados centgrados/ a la sombra y m)s, para la estabilización con cal. Cuando el uso de cal es 0nicamente para secar suelos y no para la estabilización permanente, la operación se puede llevar a cabo en climas m)s fros. 1in embargo, en ning0n caso se debe de aplicar cal a suelos congelados.
4.3.1.#.
PRECAUCIONES DE SEGURIDAD AL UTILIZAR CAL
1.
+e)uridad del trabajador. La cal, en particular la cal viva, es un material alcalino /ue es reactivo en presencia de umedad. Los trabajadores /ue manipulan cal deben ser entrenados y utilizar el e/uipo protector apropiado. Las aplicaciones en suelos pueden crear la e'posición al polvo de cal a través del aire, lo /ue deber"a ser evitado.
2.
%ies)os para los ojos. La cal puede causar la irritación severa de los ojos o /uemaduras, incluyendo dao permanente. La protección ocular )afas protectoras /u"micas, )afas de se)uridad y:o careta0 deber"a ser utilizada donde e'ista un ries)o de e'posición a la cal. Los lentes de contacto no se deben utilizar mientras se trabaja con cal.
3.
%ies)os para la piel. La cal puede causar irritación y /uemaduras en la piel sin protección, especialmente en presencia de umedad. El contacto prolon)ado con la piel sin protección debe evitarse. +e recomienda la utilización de )uantes protectores y ropa /ue cubra totalmente brazos y piernas. +e debe prestar cuidado especial con la cal viva por/ue su reacción con la umedad )enera el calor suficiente para causar /uemaduras.
4.
%ies)os de inalación. El polvo de cal es irritante si se inala. En la mayor"a de casos, las mascarillas anti polvo proporcionan la protección adecuada. En situaciones de alta e'posición, es apropiado contar con mayor protección respiratoria, dependiendo de la concentración y el tiempo de e'posición consulte la 1+B+ para los l"mites de e'posición aplicables0.
5.
+e)uridad del Producto. +e debe tener cuidado para evitar la mezcla accidental de cal viva y a)ua en cual/uier forma, incluyendo sustancias /u"micas /ue contienen a)ua de idratación0 para evitar crear calor e'cesivo. El calor liberado por esta reacción puede encender materiales combustibles o causar dao térmico a propiedades o personas.
6.
El polvo de cal puede ser removido de los ve"culos utilizando trapos umedecidos con vina)re diluido. Bespués de la aplicación del vina)re diluido, los ve"culos sobre todo superficies de cromo0 deben lavarse con a)ua.
4.3.2. ESTABILIZACIÓN CON CLORURO DE SODIO NACL (SAL ?.>.+.;.
DESCRIPCIÓN DEL CLORURO DE SODIO
El cloruro de sodio, popularmente denominado sal com/n o en su forma mineral !alita, es un compuesto químico con la fórmula #a$l. Es una de las sales responsable de la salinidad del océano. a 8al "cloruro de sodio% se produce mediante > métodos, el más antiguo consiste en el empleo del calor solar para producir la eaporación del agua salada, con lo que se obtienen los residuos de sal. @tro método consiste en la extracción directa de las minas de sal y tercer método consiste en la eaporación del agua de mar mediante el empleo de !ornos. a sal se presenta en forma de cristales, fácilmente solubles en agua, los cuales son !igroscópicos y se les consigue en el mercado constituyendo cristales grandes o polo fino y con diferentes grados de pureza. F)*+, 3. E-+*/*+, 0 /+*+ 0 -0
1uente7 !ttp766ic!n.iec.cat6bages6geologia C*,0+ 1. $aracterísticas típicas de la sal "cloruro de sodio% C,+,/+-/,C+*+ 0 -06 7 ;*50,06 7 M,+, =-*>6 7 I= /,/67 I= 5,)=-6 7 I= -*?,67 T,5@ 4.&" 55 (N4 T,5@ 1.19 55 (N 1#
L589.%%: 88.&% 2.%% < 3.#% %.%%&: %.1&" %.%3":%.81% %.%%2: %.%&4 %.12":%.3"" 2%:""7 "%:&% 7
7 P,-, T,5@ 1.19 55 (N 1#
137 5.
F*=' 9anual de especificaciones técnicas generales para construcción de caminos de ba(o olumen de transito sección >
COMPORTAMIENTO DE CLORURO DE SODIO
LOS
SUELOS
ESTABILIZADOS
CON
as inestigaciones sobre el tema de estabilización de suelos con cloruro de sodio que presentan un detalle del comportamiento esfuerzo-deformación son escasas. Existen autores que !an estudiado el efecto del cloruro de sodio en las propiedades de los suelos, principalmente en las propiedades físicas y entre las principales obseraciones se pueden citar las siguientes7 a% El peso olumétrico seco y la resistencia a la compresión se incrementan al adicionar cloruro de sodio !asta un >. "@gaCa et al, ;AD>%. b% El límite líquido y el índice plástico se reducen al adicionar cloruro de sodio. c% a co!esión y el ángulo de fricción interna parecen disminuir al adicionar cloruro de sodio en especímenes en los que no se permita la pérdida de !umedad. 8i se permite el sacado antes de ensayar los especímenes, tanto la co!esión como el ángulo de fricción interna aumentan de manera importante. "@gura Fto, ;AD>%. d% as partículas de roca caliza parecen solubles a soluciones de cloruro de sodio. "Good, ;ADA%. e% a capacidad de retención de !umedad aumenta en los suelos tratados con cloruro de sodio. "9arHs et al ;AI<%.
f% 8e aumenta significatiamente la tensión superficial del agua que puede, después del endurecimiento, ser responsable del aumento de la densidad del suelo !asta un ;J sobre aquella de un suelo sin tratar. g% a cristalización durante el tiempo seco cementa las partículas de suelo en la superficie de los suelos. a expansión de estos cristales, a medida que se forman, llena los espacios acíos del suelo y reduce el secado posterior. 'l analizar estudios realizados se eidencia que no todos los suelos responden de manera adecuada a la adición de cloruro de sodio, para me(orar sus propiedades físicas y mecánicas. 4.3.2.3.
VENTAJAS ! DESVENTAJAS DE LOS TIPOS DE TRATAMIENTOS CON SAL
VENTAJAS' o
Es un estabilizador natural.
o
9e(ora la resistencia y co!esión de los suelos.
o
8e requiere de la maquinara típica en caminos.
o
o
El transito no se interrumpe durante la e(ecución de la obra ni durante el periodo de curado. 'usencia de polo, calamina, material suelto, y a!uellamiento del camino por lo tanto me(ora la calidad de ida.
o
)a(o punto de congelamiento.
o
Kránsito más seguro, me(or isibilidad, superficie de rodada más suae.
o
o
$aminos tratados con sal demandan mantención mínima, y su reparación es sencilla y económica en comparación con otros caminos estabilizados con productos no salinos. @tra enta(a es la reducción en forma considerable del ruido en el exterior del e!ículo, debido al texturado superficial más cerrado con la que queda la carpeta con sal.
DESVENTAJAS' ;. 0ependiendo del clima, requiere de un periodo de curado de aproximadamente ;J días a temperatura ambiente. +. $aminos tratados con 8al demandan igilancia luego de terminado el proceso de estabilizado. >. ' pesar de que el camino puede ser utilizado inmediatamente luego de terminar con la compactación de la carpeta, se deberá tomar como precaución que los
e!ículos eiten frenen bruscamente ni que aceleren de forma que estos patinen, durante el periodo que dure el fragLe de la carpeta ";< a ;J días%. 4.3.2.4.
FORMAS DE APLICAR EL CLORURO DE SODIO A LOS SUELOS
0e igual forma que otros métodos de estabilización, el cloruro de sodio necesita de un método adecuado para mezclarse con el suelo a estabilizar, con el fin de reducir riesgos en la salud de los traba(adores in situ, y obtener una mezcla de suelo-cloruro de sodio que produzca me(ores resultados. El cloruro de sodio puede aplicarse directamente al suelo a tratar y encontrar una relación en porcenta(e que permita estabilizar adecuadamente el suelo. El agua que se use para la construcción de )ases de 8uelo M 8al debe estar limpia, no debe contener materia orgánica y debe estar libre de aceites, ácidos y álcalis per(udiciales. 8e podrá incorporar al agua, sal "$loruro de 8odio%, produciendo salmuera o también podrá aplicarse el agua de mar, mediante riego de salmueras, erificando que la cantidad de agua regada contenga la dosis adecuada de sal. as formas de aplicación del cloruro de sodio son7 • •
en grano en salmuera
4.3.2.4.1. EN GRANO. Esta forma de emplear consiste en aplicar un porcenta(e de cloruro de sodio directamente al suelo, que !omogenice de forma uniforme. Este método de aplicación no es ;<< eficaz, ya que al !omogenizar el suelo con el cloruro de sodio quedan porciones de suelo, en las cuales tiene un menor porcenta(e de #a$l con respecto a otros. 8in el ensayo en laboratorio es fácil la !omogenización con métodos prácticos, !aciendo que la mezcla suelo-cloruro de sodio sea la correcta, de esta manera el cloruro de sodio estará presente en toda la muestra de suelo. F)*+, 4. A/,/= 0 /+*+ 0 -0 , -*
4.3.2.4.2. EN SALMUNERA Fna de las principales propiedades del cloruro de sodio es que puede disolerse en agua fácilmente, es una enta(a para aplicar satisfactoriamente el porcenta(e adecuado al suelo. 'l diluír el cloruro de sodio en agua es más fácil aplicarlo al suelo y !omogeneizarlo. El Emplear este método de dilución en agua se crea salmuera, la cual es aplicada al suelo controladamente. a salmuera llena los espacios entre las partículas de suelo y establece un método eficiente al mismo tiempo que se agrega la !umedad óptima al suelo. 8in embargo, al crear salmuera se corre el riesgo de afectar la maquinaria empleada para su realización, ya que la sal es un agente oxidante. F)*+, ". S,5*+,
F)*+, #. A/,/= 0 -,5*+, = ,>+,+
F)*+, &. A/,/= 0 -,5*+, = /,5
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4.4. DOSIFICACIONES 4.4.1. DOSIFICACION CON CLORURO DE CALCIO Establecer la fórmula de traba(o del material a a permitir optimizar el tratamiento de estabilización. a fórmula de traba(o depende del tipo de suelo, del material que se quiere conseguir después de la estabilización y de las especificaciones que se deban cumplir en cada situación. &ara la dosificación, bien sea para la obtención del porcenta(e mínimo de cal o del porcenta(e óptimo de esta, se necesitan ensayar probetas con distintos contenidos de cal, y la elaboración de estas probetas, así como la realización de los ensayos, se efectuará mediante una metodología establecida. Esta metodología está definida en las normas correspondientes. a mezcla de la cal y el suelo para elaborar las probetas se debe realizar primero en seco, !asta la obtención de un material !omogéneo, y a continuación aNadir la !umedad necesaria y oler a amasarlos. Kras la mezcla !ay que de(ar transcurrir un tiempo mínimo de una !ora para que la cal act/e sobre el suelo y se puedan ealuar realmente sus efectos. os resultados que se obtienen de los ensayos dependen del porcenta(e de cal, la temperatura, el tiempo transcurrido y las condiciones de !umedad durante dic!os ensayos. &or lo que para garantizar las condiciones establecidas por las normas, se deben recubrir con plástico las probetas una ez fabricadas y conserarse en lugares con !umedades y temperaturas controladas. 4.4.1.1.
PORCENTAJE M$NIMO DE CAL
El porcenta(e mínimo de cal será aquel que permita cumplir al suelo tratado con cal las exigencias necesarias para poder ser empleado en la capa de que se trate. &or lo que este porcenta(e será función del tipo de capa que se esté diseNando y de los ob(etios adicionales que se estén buscando.
&ara capas que no sean de coronación, se analizarán muestras del suelo con distinto contenido de cal, con el ob(etio de determinar la dotación que permita alcanzar los alores exigidos en cuanto a Ondice $)*, Ondice de plasticidad, !inc!amiento, etc. En el caso de que se trate de capas de coronación, el porcenta(e necesario de cal ia o apagada endrá dado por las exigencias del tipo de suelo estabilizado a conseguir. En el &liego de &rescripciones Kécnicas Penerales para @bras de $arreteras y &uentes "&P->% se definen dos tipos de suelos estabilizados con cal en función de su índice $)* a I días7
Kipo de suelo estabilizado
8-E8K; 8-E8K+
&orcenta(e mínimo de cal
+
>
Qndice $)* a I días
RD
R ;+
' partir de estos alores mínimos, + y >, la dotación de cal necesaria será aquella que permita obtener la capacidad de soporte del suelo que iene fi(ada por el alor del índice $)* a I días establecidos anteriormente. Es usual que estas dotaciones mínimas de cal especificadas permitan cumplir los requisitos en cuanto a capacidad de soporte casi inmediatamente. En estos casos puede ser de utilidad realizar ensayos a ; día, para poder adoptar decisiones rápidas en obra en caso necesario. 4.4.1.2.
PORCENTAJE ÓPTIMO DE CAL
El porcenta(e óptimo de cal es aquel que permite aproec!ar al máximo los efectos de la cal sobre el suelo a tratar, con un sobre coste mínimo con respecto a las dotaciones mínimas. 0e esta forma, se logrará un material con unas propiedades geotécnicas y resistentes adecuadas, que no sólo cumpla con las especificaciones necesarias sino que, además, tenga unas prestaciones y durabilidad a/n mayores. Este porcenta(e será aquel que logre sobre el suelo original, de forma con(unta7 -
*educir, e incluso anular, su índice de plasticidad. 0isminuir, e incluso anular, su !inc!amiento potencial. &or el tipo de suelos en los que se suele realizar este tratamiento, son más aconse(ables los datos basados en el ensayo de !inc!amiento libre. Oncrementar de forma apreciable el índice $)* del suelo, o cualquier otro que eal/e su capacidad de soporte.
&ara ealuar estor tres parámetros, se elaboran gráficas con la eolución de los mismos para distintos porcenta(es de cal, siendo el óptimo aquel a partir del cual de(an de apreciarse de forma notable los efectos de la misma. 4.4.2. DOSIFICACIÓN DEL CLORURO DE SODIO Fna buena dosificación implica establecer proporciones apropiadas de los materiales, para obtener una traba(abilidad y alor soporte esperados en una estabilización adecuada. a estabilización de suelos con cloruro de sodio depende de una buena
dosificación. Esto ayudará a que las propiedades del cloruro de sodio se aproec!en de una manera óptima. El cloruro de sodio se dosificará en la muestra de suelos en porcenta(es consecutios a partir de + de cloruro de sodio, !asta llegar a un porcenta(e adecuado en el cual la estabilización sea apropiada y el cloruro de sodio no afecte las condiciones mecánicas del suelo. a ariación en los parámetros utilizados de cloruro de calcio dependen de7 S a temperatura y la !umedad dominante. S a topografía de la zona, en relación al drena(e natural. S El porcenta(e de finos en el suelo. S os límites de consistencia. 8in embargo, algunos estudios preios concluyen que el máximo porcenta(e de cloruro de sodio no debe ser muy alto y que las dosificaciones dependen del tipo de cloruro de sodio utilizado. ?.?.+.;.
ENSA!OS A MUESTRAS DE SUELO ESTABILIZADO
os ensayos que se realizan al suelo estabilizado son ensayos conforme a las normas estipuladas para estos, todos los ensayos están superisados por el personal calificado del laboratorio.
• • • • • •
&roctor modificado $)* ":alor 8oporte $alifornia% #orma ''85K@ K;A>-AA Pranulometría #orma ''85K@ K-+I #orma ''85K@ K-;; ímites de 'tterberg #orma '885K@ K
Estos ensayos proporcionan datos necesarios para establecer si el cloruro de sodio es eficaz para la estabilización de los materiales estudiados. ". NORMATIVA EN EL PER ".1.
NORMA CE%2%
ESTABILIZACIÓN DE SUELOS MEDIANTE MÉTODOS QU$MICOS 8e aplican métodos químicos en la estabilización de suelos, en casos que7 •
• •
#o cumpla con los requisitos mínimos de resistencia o deformación para sustentar obras de ingeniería ciil. #o pueda ser empleado en condiciones naturales. #o pueda ser eliminado o reemplazado por otro.
&ara aplicar métodos químicos, el &rofesional *esponsable deberá sustentar preiamente mediante un estudio técnico, que el suelo alcanzará estabilidad olumétrica, adecuada resistencia, permeabilidad, compresibilidad y durabilidad. Kanto la técnica, como los insumos empleados, no deben generar riesgo para el !ombre, otros seres ios y el ambiente, o por lo que debe desarrollarse un EO'.
os productos deberán estar fabricados a base de enzimas o compuestos multi enzimáticos que traba(en en forma eficiente para el beneficio del medio ambiente seg/n el Kraba(o Kécnico del )anco 9undial #T;?< 2ibro de $onsulta para la Ealuación 'mbiental3 y sólo requerirán de agua para su dilución y aplicación. ADITIVO ESTABILIZADOR 8in ser limitatio, el aditio estabilizador debe emplearse en el tratamiento de superficies de suelos con materiales orgánicos o de granulometrías muy finas "por e(emplo, en zonas de sela tropical, zonas de lluias torrenciales, zonas pantanosas, etc.%. El aditio estabilizador, debe cumplir normas internacionales de certificación O8@. El aditio debe ser capaz de mezclarse íntima y !omogéneamente con el suelo y curarse de acuerdo a especificaciones técnicas propias del producto. os métodos, dosificaciones y pruebas de control, deberán ser erificados por el profesional responsable (unto al proeedor del aditio, antes de su empleo. El producto terminado de suelo con aditio, deberá presentar me(ores características de resistencia, con control olumétrico y de polo superficial, tanto en la etapa de construcción como de sericio. El profesional responsable debe utilizar el aditio apropiado de acuerdo a las condiciones geográficas y climáticas, tales como7 la temperatura, !umedad, dirección y elocidad del iento. 8e debe emplear aditios que reduzcan el agua contenida entre las partículas del suelo aumentando los acíos y facilitando su compactación. 0e requerirse me(oras en el comportamiento estructural, debe emplearse aditios en suelos que contengan más de +J de finos co!esios. Estos aditios también deben ser controladores de polo. En caso que el estabilizador sea líquido soluble en agua se debe tener en cuenta la eaporación, obserando la pérdida de !umedad en el suelo, su solidificación y el aumento de la co!esión y resistencia. a efectiidad de los agentes estabilizadores debe cumplir con lo indicado en el siguiente cuadro7
ESTABILIZACIÓN CON CAL a dosificación depende del tipo de arcilla. 8e agregará de + a B de cal por peso seco de suelo. Este porcenta(e debe determinarse en el laboratorio, siguiendo los pasos siguientes7
Estimar el porcenta(e de cal en función del p5.
•
Elaborar especímenes para el ensayo de compresión no confinada a la !umedad óptima y máxima densidad seca. •
0eterminar el incremento de la resistencia del suelo estabilizado con cal.
•
8i el incremento de resistencia, con el porcenta(e de cal elegido, es mayor a >.J Hg6cm+, determinar la ariación en la resistencia para especímenes elaborados con U + de cal. •
0eterminar el contenido de cal para el cual la resistencia no aumenta en forma importante. •
Elaborar una gráfica de resistencia y de cal.
•
En todo documento técnico o análisis técnico, deberá ad(untarse los gráficos y sustento técnico que ilustren ob(etiamente las me(oras obtenidas con cal !idratada, indicando claramente los porcenta(es de participación y alores alcanzados con ello. 'demás se debe reportar resultados de la capacidad de soporte seg/n la metodología 2$alifornia )earing *atio M $)*3 "*elación de 8oporte de $alifornia%, para eidenciar las me(oras. &or ning/n motio se debe emplear más del B de cal en el suelo, ya que se aumenta la resistencia pero también la plasticidad. os suelos que se usen para la construcción de 8uelo-$al deben estar limpios y no deben tener más de tres por ciento ">% de su peso de materia orgánica. 'demás la fracción del suelo que pasa la 9alla #T ?< debe tener un índice de &lasticidad comprendido entre ;< y J<. El tamaNo máximo del agregado grueso que contenga el suelo no debe ser mayor de ;6> del espesor de la capa compactada de 8uelo-$al. a cal que se use para la construcción de 8uelo-$al puede ser cal ia ó !idratada y debe satisfacer los requisitos establecidos en la Especificación ''85K@ 9-+;D ó #K& #V >>?.;+J7+<<+ $al ia y cal !idratada para Estabilización de 8uelos. El agua que se use para la construcción de )ases de 8uelo - $al debe estar limpia, no debe contener materia orgánica y debe estar libre de sales, aceites, ácidos y álcalis per(udiciales. os ensayos para determinar el porcenta(e de cal y los demás requisitos que debe satisfacer la mezcla de suelo-cal deben ser e(ecutados con los materiales que se ayan a usar, incluyendo el agua de mezclado. a aplicación de la cal puede ariar entre + y B en peso de los materiales.
CONCLUSIONES El $loruro de $alcio con su 5.*W?+ se adecua me(or a las condiciones climáticas del &er/. El proceso de dosificación "8al U 'gua% lo !ace un proceso tedioso y dependiente de otras partidas. 0ebe eitarse el uso de #a$l en un terreno de capilaridad alta, donde !aya una fuente de agua a poca profundidad "niel freático% o en un lugar con infiltración lateral a menos que se tomen las precauciones adecuadas para interceptar este
flu(o de agua y drenarlo de la base o sub-base estabilizada, ya que el cloruro de sodio es soluble en agua y se le debe proteger contra la cantidad excesia de !umedad. El cloruro de sodio se debe dosificar acorde a la cantidad de material a utilizar, los porcenta(es de #a$l deben estar correctamente calculados para obtener resultados esperados en la estabilización de los suelos. 8i se dosifica en función a la cantidad de agua a utilizar, pueden ocurrir ariaciones en los resultados. •
a adición de cloruro de sodio es un método para reducir la eaporación en los suelos, ya que atrapa la !umedad que la rodea, y crea una capa en la parte superior de las capas compactadas con sal, lo cual impide que la !umedad se eapore con facilidad y ayuda a obtener un me(oramiento en la densificación. a puesta en sericio de la carretera se puede realizar en forma inmediata a la construcción, pero se recomienda dar el transito después de ?B !oras, para eitar una posible erosión en la carretera.
BIBLIOGA!IA •
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